JP2005522641A - Swage-type fastener having optimized locking groove and crest and method for making the fastener - Google Patents
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Abstract
Description
本発明は、ピンとカラーを含み、カラーがピンのロック用溝にスエージング(スエージ加工)されるスエージ型のツーピースファスナーに関する。より具体的には、本発明は、材質及び強度が異なる複数のカラーによる複数の作用(applicatins)を受けることができるように最適化された構造のロック用溝とクレスト(ネジ山部)を有するスエージ型ファスナー(swage type fasteners)に関する。ロック用溝とクレストは、材質及び強度が異なる複数のカラーの材料がスエージング工程でスエージングされてロック用溝に収容されるように最適化されているので、カラーによる複数の作用を受けることができる。本発明はまた、材質と強度が異なる複数のカラーによる複数の作用を受ける場合に、一様な構造として用いられるように最適化されたロック用溝とクレストを有するファスナーを作製する方法を提供するものである。 The present invention relates to a swage-type two-piece fastener including a pin and a collar, and the collar is swaged (swaged) in a locking groove of the pin. More specifically, the present invention has a locking groove and a crest (threaded portion) that are optimized to receive multiple applicatins from multiple collars of different materials and strengths. It relates to swage type fasteners. The locking groove and crest are optimized so that multiple colored materials with different materials and strengths are swaged in the swaging process and accommodated in the locking groove. Can do. The present invention also provides a method of making a fastener having a locking groove and a crest optimized to be used as a uniform structure when subjected to a plurality of actions by a plurality of collars having different materials and strengths. Is.
スエージ型ファスナーにはプルタイプとスタンプタイプがある。スエージ型ファスナーは、一般的には、ピンとカラーを含んでおり、プルタイプのピンシャンク部は、ロック用溝を有するロック部と、プル用溝を有するプル部とを含んでいる。プル用溝は、取付工具のチャック部の歯との係合によって把持されるようになっている。前記取付工具のスエージング用アンビルをカラーに係合させて、ピンとカラーとの間で相対的な軸方向の力を作用させ、アンビルをカラーの上を移動させることにより、カラーはロック用溝の中にスエージングされる。 Swage type fasteners include pull type and stamp type. The swage-type fastener generally includes a pin and a collar, and the pull-type pin shank portion includes a lock portion having a lock groove and a pull portion having a pull groove. The pull groove is gripped by engagement with the teeth of the chuck portion of the mounting tool. By engaging the swaging anvil of the mounting tool with the collar, applying a relative axial force between the pin and the collar, and moving the anvil over the collar, the collar is in the locking groove. Swaged in.
プルタイプのスエージ型のファスナー(締結具)は、プル部が、低強度の破断用溝を介してロック用溝に繋がっている。前記破断用溝は、軸方向の引張力が所定の大きさに達すると破断する。この破断時の引張力は、カラーをスエージングするのに必要な力よりも大きく、プル部、つまりピンの後部は、スエージング完了後にピンシャンク部から切断されて除去される。破断用溝は、スエージングの高引張荷重に耐え得る十分な強度を有しており、プル用溝も同じ様に、取付工具のチャック部との噛合によって加えられる相対的なプル荷重に耐え得る十分な強度を有していなければならない。それゆえ、プル部は相対的に大きな直径にする必要があり、その材料は、破断用溝が必要なサイズと強度を得られるものであらねばならず、また、破断用溝の代わりにプル溝が破損するようなことは防止せねばならない。 In the pull type swage-type fastener (fastener), the pull portion is connected to the locking groove through a low-strength breaking groove. The breaking groove is broken when the axial tensile force reaches a predetermined magnitude. The tensile force at the time of breaking is greater than the force required to swage the collar, and the pull portion, that is, the rear portion of the pin, is cut off from the pin shank portion after the swaging is completed. The breaking groove has sufficient strength to withstand the high tensile load of swaging, and the pulling groove can withstand the relative pull load applied by engagement with the chuck portion of the mounting tool. Must have sufficient strength. Therefore, the pull portion needs to have a relatively large diameter, and the material must be such that the breaking groove has the required size and strength, and the pull groove instead of the breaking groove. It is necessary to prevent the damage.
スタンプタイプのファスナーは、一般的には、ピンとカラーを含んでおり、前記ピンのシャンク部は、ロック用溝を有するロック部分を有している。スエージ型ファスナーのプルタイプとスタンプタイプの違いは、スタンプタイプでは、プル用溝を有するプル部を具備していないことである。また、スタンプタイプのファスナー装置の場合、取付工具を使用し、スエージング用アンビルをカラーに係合させて、ピンとカラーの間で相対的な軸方向の力が作用するように、アンビルをカラーの上を移動させることにより、カラーはロック用溝の中にスエージングされ、バッキング部材がピンヘッドに当接する。 A stamp-type fastener generally includes a pin and a collar, and the shank portion of the pin has a lock portion having a lock groove. The difference between the pull type and the stamp type of the swage type fastener is that the stamp type does not include a pull portion having a pull groove. In the case of a stamp type fastener device, an anvil is mounted on the collar so that a relative axial force acts between the pin and the collar by using a mounting tool and engaging the swaging anvil with the collar. By moving up, the collar is swaged into the locking groove and the backing member abuts the pin head.
米国特許第６,３２５,５８２号、第６,２３３,８０２号、第５,１２５,７８８号、第５,０９０,８５２号、第５,０４９,０１６号、第４,８６７,６２５号、第４,８１３,８３４号、第４,４７２,０９６号、第４,２２１,１５２号及び第４,２０８,９４３号は、本発明の譲受人又は前権利者に対して発行されたものである。これらの特許は全て、様々なスエージ型ファスナーの構造に関する先行技術である。先行技術におけるファスナーは、一般的には、特定のカラー用に最適化されている。また、先行技術の代表的なファスナーは、単一のグリップ範囲であった。単一のグリップ範囲とは、ファスナーが締結できるワークピースの厚さ変化が１６分の１インチであることを意味する。 US Pat.Nos. 6,325,582, 6,233,802, 5,125,788, 5,090,852, 5,049,016, 4,867,625, Nos. 4,813,834, 4,472,096, 4,221,152 and 4,208,943 were issued to the assignee of the present invention or the previous right holder. is there. These patents are all prior art relating to the construction of various swage type fasteners. Prior art fasteners are generally optimized for a particular collar. Also, typical fasteners of the prior art have a single grip range. A single grip range means that the thickness change of the workpiece to which the fastener can be fastened is 1/16 inch.
特定のカラー用に最適化するために本発明で用いられる技術は、従来のものとは異なる。本発明では、ロック用溝とクレストは複数の作用を受けることができる形状に最適化され、各々のロック用溝とクレストには、特定の作用に必要とされる最大の幅が設けられているので、ロック用溝が強度の異なるカラー材料で埋められたとき、締結システムに、十分なクランプ、引張荷重及び破損抵抗性がもたらされる。また、ロック用溝とクレストは、同一の構造で複数の作用を受けることができる形状であるので、共通のロック用溝及びクレストに用いられる工具を用いて、ピンの直径毎にロック用溝とクレストを製造することができる。この方法は、工具関連費用を低減することができる。 The technique used in the present invention to optimize for a particular color is different from the conventional one. In the present invention, the locking groove and the crest are optimized to have a shape capable of receiving a plurality of actions, and each locking groove and the crest are provided with a maximum width required for a specific action. Thus, when the locking groove is filled with different strength color materials, the fastening system is provided with sufficient clamping, tensile load and failure resistance. In addition, since the locking groove and the crest have the same structure and are capable of receiving a plurality of actions, the locking groove and the crest are used for each pin diameter by using a common locking groove and a tool used for the crest. Crest can be manufactured. This method can reduce tool related costs.
さらに、ピンサイズ毎に、カラーの材質は異なるが外径は略同じであるので、同一のスエージング用アンビル形状を有する取付工具を用いて、材質の異なるこれらカラーをロック用溝にスエージングさせることができ、スエージ型ファスナーは、剪断、剪断/引張、剪断複合、剪断/引張複合の作用を及ぼしてワークピースに取り付けられる。この方法により、そのような用途に用いられる工具のスエージング用アンビルの交換作業に要するコストを低減できる。 Furthermore, since the collar material is different for each pin size, but the outer diameter is substantially the same, these collars with different materials can be swaged into the locking groove using the same swaging anvil shape. The swage-type fastener can be attached to the workpiece under the action of shear, shear / tension, shear composite, shear / tensile composite. According to this method, the cost required for replacing the swaging anvil of the tool used for such an application can be reduced.
また、本発明のファスナーは、ダブルグリップ範囲を有する。ダブルグリップとは、厚さの変動が最大８分の１インチのワークピースを締結できるファスナーであることを意味する。このため、本発明のファスナーは、汎用性(versatility)にすぐれている。 The fastener of the present invention has a double grip range. Double grip means a fastener that can fasten workpieces with a maximum thickness variation of 1/8 inch. For this reason, the fastener of this invention is excellent in versatility (versatility).
本発明の目的は、ロック用溝とクレストを有するピン部材を具え、材質と強度が異なる複数のカラーがロック用溝の中にスエージングされるように最適化されたスエージ型ファスナーであって、ロック用溝とクレストは、材質と強度が異なる複数のカラーに使用できるように、ピンの直径毎に同一の構造を有するスエージ型ファスナーを提供することである。 An object of the present invention is a swage type fastener that includes a pin member having a locking groove and a crest, and is optimized so that a plurality of collars having different materials and strengths are swaged into the locking groove, The locking groove and the crest provide a swage-type fastener having the same structure for each pin diameter so that it can be used for a plurality of collars having different materials and strengths.
本発明の他の目的は、ロック用溝とクレストを有するピン部材を具え、材質と強度が異なる複数のカラーがロック用溝の中にスエージングされるように最適化されたスエージ型ファスナーであって、様々な材料が、ファスナーに対して異なるクランプ及び引張荷重をもたらし、複数の作用条件に用いられるスエージ型ファスナーを提供することである。 Another object of the present invention is a swage-type fastener that includes a pin member having a locking groove and a crest, and is optimized so that a plurality of collars having different materials and strengths are swaged into the locking groove. Thus, various materials provide different clamping and tensile loads on the fastener, providing a swage-type fastener for use in multiple operating conditions.
本発明の更なる目的は、ロック用溝とクレストを有するピン部材を具え、材質と強度が異なる複数のカラーがロック用溝の中にスエージングされるように最適化されたスエージ型ファスナーであって、外径が略同じであるので、一様なスエージング用キャビティをもつアンビル形状の取付工具を用いて、材質の異なるこれらカラーをロック用溝にスエージングさせることができ、剪断、剪断/引張、剪断複合、剪断/引張複合の作用を及ぼしてワークピースに取り付けられるスエージ型ファスナーを提供することである。 A further object of the present invention is a swage-type fastener that includes a pin member having a locking groove and a crest, and is optimized so that a plurality of collars having different materials and strengths are swaged into the locking groove. Since the outer diameters are substantially the same, these collars of different materials can be swaged into the locking groove using an anvil-shaped mounting tool with a uniform swaging cavity, and shear, shear / It is to provide a swage type fastener that can be attached to a workpiece by acting as a tension, shear composite, or shear / tensile composite.
本発明の他の目的は、ダブルグリップ範囲を有するスエージ型ファスナーを提供することである。
本発明の他の目的は、ロック用溝とクレストを具え、材質と強度の異なるカラーがロック用溝の中にスエージングされるように最適化されたスエージ型ファスナーを作製する方法であって、複数の作用に用いるために、様々な材料がファスナーに異なるクランプ及び引張荷重をファスナーにもたらすことができる。
Another object of the present invention is to provide a swage type fastener having a double grip range.
Another object of the present invention is a method of making a swage-type fastener that includes a locking groove and a crest, and is optimized so that a collar of different material and strength is swaged into the locking groove, Various materials can provide different fasteners and tensile loads to the fastener for use in multiple actions.
本発明の幾つかの目的を達成することができる締結システムは、複数のワークピースを締結するためのファスナーを含んでおり、前記締結システムは、最適化された構造のロック用溝及びクレストを有するピン部材を含んでいる。ロック用溝とクレストの構造は、ワークピースを、荷重要件の異なる条件下で固定するために、材質及び強度の異なる複数のカラーがスエージングされた材料を収容することができるように最適化されている。ロック用溝は、第１の作用(one application)を及ぼす低強度カラー又は第２の作用(second application)を及ぼす高強度カラーに対しては、幅が最大であり、クレストは、第２の作用を及ぼす高強度カラーに対しては、幅が最大であり、強度の異なる複数のカラー材料がロック用溝に充満すると、締結システムは、複数の作用に対して十分なクランプ、引張負荷及び破損抵抗性をもたらす。この最適化により、ファスナーのサイズ縮小と重量減少がもたらされ、同じ構造のロック用溝及びクレストを、材質と強度の異なる複数のカラーに使用することができる。１又は複数のピン部材が共通の直径をもつ場合、ピン部材のロック用溝とクレストは、同じ構造で、複数の作用を受けることが可能である。強度が異なる幾つかのカラーは、略同じ外径に形成される。この構成により、同じスエージング用キャビティをもつスエージング用アンビルを有する共通の取付工具の使用が可能となり、前記工具を用いて、強度が異なるカラーをピン部材のロック用溝の中にスエージングし、剪断、剪断/引張、剪断複合、剪断/引張複合の作用を及ぼして、スエージ型ファスナーをワークピースに取り付けることができる。 A fastening system that can achieve several objectives of the present invention includes a fastener for fastening a plurality of workpieces, the fastening system having an optimized structure of locking grooves and crests. A pin member is included. Locking groove and crest structure is optimized to accommodate swaged materials with multiple materials and strengths to secure the workpiece under different load requirements ing. The locking groove has the maximum width for the low-intensity collar that exerts the first application (one application) or the high-intensity collar that exerts the second application (second application), and the crest has the second action. For high-strength collars that have a large width, when multiple collar materials of different strength fill the locking groove, the fastening system will provide sufficient clamping, tensile load and breakage resistance for multiple actions. Bring sex. This optimization results in a reduction in size and weight of the fastener and allows the same structure of locking grooves and crests to be used for multiple collars of different materials and strengths. When one or a plurality of pin members have a common diameter, the locking groove and the crest of the pin member can be subjected to a plurality of actions with the same structure. Several collars with different strengths are formed with substantially the same outer diameter. This configuration allows the use of a common mounting tool with a swaging anvil with the same swaging cavity, and the tool can be used to swage collars of different strengths into the locking groove of the pin member. The swage-type fastener can be attached to the workpiece under the action of shear, shear / tensile, shear composite, shear / tensile composite.
本発明の他の目的は、締結システムに用いられるファスナーの作製方法によって達成される。この方法は、複数の適用に必要なクランプ及び引張荷重を得ること、ロック用溝については、第１の作用を及ぼす低強度カラー又は第２の作用を及ぼす高強度カラーに必要な最大幅をもたらすことによってロック用溝の形状を最適化すること、また、クレストについては、第２の作用を及ぼす高強度カラーに必要な最大幅をもたらすことによってクレスト形状を最適化することを含んでいる。この方法では、共通の直径をもつ１又は２以上のピン部材の場合、スエージ型ファスナーを複数の作用条件で使用するために、前記ピン部材に対して最適化されたロック用溝及びクレストの形状を標準化することができる。また、材質の強度が異なる幾つかのカラーを、外径をほぼ同じに形成して、ロック用溝の中にスエージングされるようにしているので、締結システムは、剪断、剪断/引張、剪断複合、及び剪断/引張複合の作用を及ぼして、十分なクランプ、引張荷重及び破損抵抗性がもたらされる。 Another object of the present invention is achieved by a method for making a fastener for use in a fastening system. This method provides the necessary clamping and tensile loads for multiple applications and, for locking grooves, provides the maximum width required for a low strength collar having a first action or a high strength collar having a second action. This includes optimizing the shape of the locking groove and, for the crest, optimizing the crest shape by providing the maximum width required for the high-strength collar that has the second effect. In this method, in the case of one or more pin members having a common diameter, the shape of the locking groove and the crest optimized for the pin member in order to use the swage-type fastener in a plurality of operating conditions. Can be standardized. In addition, several collars with different material strengths have the same outer diameter and are swaged into the locking groove, so the fastening system is shear, shear / tensile, shear The combined and shear / tensile combined action results in sufficient clamping, tensile loading and failure resistance.
スエージ型ファスナーは、異なる様々な作用に対して用いられ、その中には、所定のクランプ及び引張荷重で、様々な材質のワークピースを接合することが含まれる。例えば、航空機に適用する場合、ワークピースはアルミニウムなどの軽量金属や複合材料から作られている。本発明のスエージ型ファスナーは、金属材料製、複合材料製又はこれらの組合せ材料のワークピースの締結に用いることができるので、特に有用である。このように、本発明のスエージ型ファスナーは、ピン部材のロック用溝に、材質が異なる複数カラーの材料を充満させることができることから、さまざまな作用に適応させることができ、特に有用である。 Swage-type fasteners are used for a variety of different operations, including joining workpieces of various materials with a predetermined clamp and tensile load. For example, when applied to an aircraft, the workpiece is made of a lightweight metal such as aluminum or a composite material. The swage-type fastener of the present invention is particularly useful because it can be used for fastening workpieces made of metal materials, composite materials, or combinations thereof. As described above, the swage type fastener of the present invention can be adapted to various functions because the locking groove of the pin member can be filled with a plurality of different color materials, and is particularly useful.
図１及び図２を参照すると、図示のファスナー(10)は、ピン部材(12)と筒状のカラー(14)を含んでいる。ピン部材(12)は、細長いシャンク(15)を有しており、該シャンクは、一対のワークピース(18)(20)を締結するために、ワークピースの夫々の孔(16)(17)の中を延びている。シャンク(15)の一方の端部の拡大ヘッド部(22)は、ワークピース(18)の一方の面に当接する。シャンク(15)には、ヘッド部(22)に隣接してストレート部(24)があり、該ストレート部は、孔(16)(17)の中に軽いすきま嵌め又はしまり嵌めにて収容される。ストレート部(24)に続いて、周方向に延びる複数の環状ロック溝(26)がある。ロック用溝(26)と真直なシャンク部(24)とは、移行部(28)によって滑らかに繋がっている。 1 and 2, the illustrated fastener (10) includes a pin member (12) and a cylindrical collar (14). The pin member (12) has an elongated shank (15), which shanks are used to fasten a pair of workpieces (18), (20), respectively, in the respective holes (16), (17) of the workpiece. It extends in. The enlarged head portion (22) at one end of the shank (15) contacts one surface of the workpiece (18). The shank (15) has a straight portion (24) adjacent to the head portion (22), and the straight portion is accommodated in the hole (16) (17) by a light clearance fit or a tight fit. . Following the straight portion (24), there are a plurality of annular lock grooves (26) extending in the circumferential direction. The locking groove (26) and the straight shank portion (24) are smoothly connected by the transition portion (28).
ロック用溝(26)に隣接して、破断用溝(40)が設けられる。この溝は、シャンク(15)の中で最も強度の弱い部分である。破断用溝(40)と複数のプル溝(44)との間に、真直なランド部(42)がある。ランド部(42)は、シャンク部(24)、ロック溝(26)及びプル溝(44)よりも直径が小さい。プル溝(44)は、ファスナー締結用工具(48)で把持できる構造である。工具(48)は、一般的には、当該分野で既知の方法で作られるので、簡素化のために、一部分だけを示している。簡単に説明すると、工具(48)は、ピン(12)のプル溝(44)を把持できる複数のチャック部(50)を有している。チャック部(50)は、筒状のコレット組立体(52)の中に設けられる。前記コレット組立体は、一方の端部がスエージング用アンビル部(56)で終端するアンビルハウジング(54)の中に摺動可能に支持される。 A breaking groove (40) is provided adjacent to the locking groove (26). This groove is the weakest part of the shank (15). There is a straight land portion (42) between the breaking groove (40) and the plurality of pull grooves (44). The land portion (42) has a smaller diameter than the shank portion (24), the lock groove (26), and the pull groove (44). The pull groove (44) has a structure that can be gripped by the fastener fastening tool (48). Tool (48) is generally made in a manner known in the art, so only a portion is shown for simplicity. Briefly, the tool (48) has a plurality of chuck portions (50) capable of gripping the pull groove (44) of the pin (12). The chuck part (50) is provided in a cylindrical collet assembly (52). The collet assembly is slidably supported in an anvil housing (54) whose one end terminates in a swaging anvil portion (56).
対称形状の筒状カラー(14)は、ピンシャンク(15)を覆うことができるようになっており、ワークピース(18)(20)が締め付けられると、ロック用溝(26)の一部と径方向の位置が整えられる。工具(48)を使用して、ピン(12)とカラー(14)の間に軸方向の相対的な力が作用すると、アンビル部(56)により、カラー(14)は、ピン(12)のロック用溝(26)の中へスエージングされる。スエージングが完了すると、図２に示されるように、シャンク(15)は破断用溝(40)で切断される。ここで、工具(48)の使用を続けると、カラーエジェクター部材(58)が前方に強制移動し、スエージングされたカラー(14)はアンビル部(56)から排出され、締結が完了する。図３は、ワークピース(18)(20)がファスナー(10)の最大合計厚さで、最大グリップのときに、ファスナー(10)がワークピースに接触し締結された状態を示している。ファスナー(10)はダブルグリップ範囲であるので、ワークピース(18)(20)は、肉厚が１/８インチまでの変動ならば、ファスナー(10)で締結されることができる。このように、肉厚の異なるワークピース(18)(20)を締結するファスナー(10)の汎用性を高めることができる。 The symmetrical cylindrical collar (14) can cover the pin shank (15), and when the workpiece (18) (20) is tightened, a part of the locking groove (26) The radial position is adjusted. When an axial relative force acts between the pin (12) and the collar (14) using the tool (48), the anvil (56) causes the collar (14) to Swaged into locking groove (26). When the swaging is completed, as shown in FIG. 2, the shank (15) is cut by the breaking groove (40). Here, when the tool (48) is continuously used, the color ejector member (58) is forcibly moved forward, and the swaged collar (14) is discharged from the anvil part (56), and the fastening is completed. FIG. 3 shows a state in which the fastener (10) is in contact with the workpiece and fastened when the workpieces (18) and (20) have the maximum total thickness of the fastener (10) and the maximum grip. Since the fastener (10) is in the double grip range, the workpieces (18) and (20) can be fastened with the fastener (10) if the thickness varies up to 1/8 inch. Thus, the versatility of the fastener (10) for fastening the workpieces (18) and (20) having different thicknesses can be enhanced.
図４及び図５に最も良く示されるように、ロック用溝(26)と環状クレストは、所定直径のピン部材が、材質と強度の異なるカラー(14)に用いられるように最適化された構造を有している。本発明で用いられる最適化技術は、特定用途の特定カラー用にファスナーを最適化することが従来行われていた技術とは異なる。本発明では、ロック用溝(26)とクレストの構造は複数種類の適用に最適化されており、ロック用溝とクレストは、各々が、特定の適用に必要な最大幅を有しており、ロック用溝の中に、強度が異なる複数のカラーの異なる材料が充満するので、締結システムの複数種類の適用において、十分なクランプ力及び引張荷重並びに破断抵抗性がもたらされる。最適化された構造は、そのピン直径の使用を含む全ての適用が可能であり、共通のロック用溝及びクレストを用いる工具で、そのピン直径用のロック用溝(26)及びクレスト(60)の製造が可能となる。それゆえ、工具に関連して発生するコストを低減することができる。 As best shown in FIGS. 4 and 5, the locking groove (26) and the annular crest are optimized so that a pin member of a predetermined diameter is used for the collar (14) of different material and strength. have. The optimization technique used in the present invention is different from the technique conventionally used to optimize a fastener for a specific color for a specific application. In the present invention, the structure of the locking groove (26) and the crest is optimized for multiple types of applications, each of the locking groove and the crest having the maximum width required for a particular application, Since the locking groove is filled with different materials of different colors with different strengths, sufficient clamping force and tensile load and resistance to breakage are provided in several types of fastening system applications. The optimized structure is applicable to all applications including the use of its pin diameter, tools with a common locking groove and crest, locking groove (26) and crest (60) for that pin diameter. Can be manufactured. Therefore, the cost generated in relation to the tool can be reduced.
ロック用溝(26)には、スエージング工程において、異なる強度のカラー(14)の材料が充填されることができる。ロック用溝(26)は、クレスト(60)によって分離しており、基部(62)を有し、該基部は、一方の端部が立上り部(leading transition portion)(64)、他方の端部が立下り部(trailing transition portion)(66)に繋がっている。スエージ型ファスナーの複数種類への適用において同一構造のロック用溝(26)とクレスト(60)を形成するために、ロック用溝(26)の長さとロック用溝の長さは、夫々、材料が異なるカラー(14)に対してピン径毎に要求されるクランプと荷重が最適化される。例えば、表１は、材質が異なる複数のカラーに用いられるピン部材の異なるピン毎に、ロック用溝(26)とクレスト(60)の長さを最適化するのに用いられる。 The locking groove (26) can be filled with the material of the collar (14) of different strength in the swaging process. The locking groove (26) is separated by a crest (60) and has a base (62) that has one end at the leading transition portion (64) and the other end. Is connected to the trailing transition portion (66). In order to form the locking groove (26) and the crest (60) having the same structure in application to multiple types of swage type fasteners, the length of the locking groove (26) and the length of the locking groove are respectively Clamps and loads required for each pin diameter are optimized for different collars (14). For example, Table 1 is used to optimize the length of the locking groove (26) and the crest (60) for each pin having different pin members used for a plurality of collars of different materials.
表１に示される具体的適用に要求される具体的なクランプ及び引張負荷を参照すると、ロック用溝(26)は、次のとおり、具体的な適用についてピン径毎に最適化されている。
式１は、ロック用溝(26)に対する剪断面積を規定している。
ΠＤMAJORＮＧW ＝ 剪断面積 （式１）
式１において、ＤMAJORは、クレスト(60)の外径であり、Ｎは、ファスナー(10)のグリップ範囲でスエージングされたカラー(14)が充填されるロック用溝の数であり、ＧWは、ロック用溝(26)の溝幅である。
また、次の式２は、ロック用溝(26)が制御することのできる引張荷重の大きさを規定する。
Ｔ×剪断面積 ＝ 引張荷重 （式２）
式２において、Ｔは、カラー(14)の材料の剪断強度であり、剪断面積は、式１から得られる値である。
Referring to the specific clamp and tensile load required for the specific application shown in Table 1, the locking groove (26) is optimized for each pin diameter for specific application as follows.
ΠD MAJOR NG W = Shear area (Formula 1)
In
The following equation 2 defines the magnitude of the tensile load that can be controlled by the locking groove (26).
T x Shear area = Tensile load (Formula 2)
In Equation 2, T is the shear strength of the material of the collar (14), and the shear area is a value obtained from
本発明において、ロック用溝(26)のＧWは、特定のピン直径の荷重要件に適合する全てに適用することができるように、具体的適用に最適化された最も長い溝幅となるように最適化されている。それゆえ、特定のピン直径に適用できる最長の溝幅は、特定のピン直径に対する標準の溝幅として用いられる。例えば、ロック用溝(26)のＧWは、剪断用(shear applications)のアルミニウム系2024T4合金に最適化される。或いはまた、ロック用溝(26)のＧWは、引張用(tension applications)のチタン系3Al-2.5合金に最適化される。一般的に、アルミニウム系2024T4合金は、ステンレス303SE合金やチタン系3Al-2.5V合金よりも強度が低い。なお、ステンレス303SE合金の強度は、チタン系3Al-2.5V合金と略同等と考えられている。表２は、材料特性の比較を示している。一般的には、本発明のロック用溝(26)のＧWは、締結システムに対して、特定の作用を及ぼすためにカスタマーの引張荷重要件の１１０％以上の強度がもたらされるように最適化されている。 In the present invention, G W of the lock grooves (26), so that it can be applied to all meet the load requirements of a particular pin diameter, so as to be optimized longest groove width specifically applicable Optimized for. Therefore, the longest groove width applicable to a particular pin diameter is used as the standard groove width for the particular pin diameter. For example, G W of the lock grooves (26) is optimized to the aluminum-based 2024T4 alloy for shearing (shear applications). Alternatively, G W of the lock grooves (26) is optimized to the titanium-based 3Al-2.5 alloy for tensile (tension applications). In general, aluminum-based 2024T4 alloy has lower strength than stainless 303SE alloy and titanium-based 3Al-2.5V alloy. Note that the strength of the stainless 303SE alloy is considered to be substantially equivalent to that of the titanium-based 3Al-2.5V alloy. Table 2 shows a comparison of material properties. In general, G W, to the fastening system, optimized to 110% or more of the intensity of the Customer tensile load requirements to exert a specific action resulting in the locking groove of the present invention (26) Has been.
特定のピン直径に対する特定の適用に対して溝幅を標準化した後、ピン直径毎に行われるクレスト(60)の最適化は次の通りである。
式３は、クレスト(60)の有効剪断面積を規定する。
ΠＣDＮＣ'W ＝ 剪断面積 （式３）
式３において、ＣDは、クレスト(60)の有効直径であって、ＤMAJOR−Ｃhに略等しく、Ｎは、ファスナー(10)のグリップ範囲でスエージングされたカラー(14)が充満するロック用溝の数であり、Ｃ'Wは、Ｃhの略半分高さの位置での有効クレスト幅である。
また、次の式４は、クレスト(60)が制御することのできる引張荷重の大きさを規定する。
Ｔ×剪断面積 ＝ 引張荷重 （式４）
式４において、Ｔは、ピン部材(12)の剪断強度であり、剪断面積は、式３から得られる値である。
After standardizing the groove width for a specific application for a specific pin diameter, the optimization of the crest (60) performed for each pin diameter is as follows.
Equation 3 defines the effective shear area of the crest (60).
ΠC D NC ' W = Shear area (Formula 3)
In Equation 3, C D is the effective diameter of the crest (60) and is approximately equal to D MAJOR -C h , and N is filled with the collar (14) swaged in the grip range of the fastener (10). the number of the locking groove, C 'W is the effective crest width at approximately the position of half the height of C h.
The following equation 4 defines the magnitude of the tensile load that can be controlled by the crest (60).
T x Shear area = Tensile load (Formula 4)
In Equation 4, T is the shear strength of the pin member (12), and the shear area is a value obtained from Equation 3.
ロック用溝(26)が、チタン系3Al-2.5V合金のような比較的高強度材料の引張用のカラー(14)で満たされたときに、クレスト(60)のＣ'Wは、破損抵抗性がもたらされるように、ピン直径毎に最適化される。一般的に、ピン部材(12)のピン直径の大部分は、ロック用溝(26)のＧWは剪断用のアルミニウム2024合金に対して最適化され、クレスト(60)のＣ'Wは、引張用のチタン系3Al-2.5V合金に対して最適化されている。ロック用溝(26)とクレスト(60)は、異なる種類の作用(applications)に対して最適化されているので、ファスナー(10)のロック用溝(26)とクレスト(60)の構造の一部分のみが最適化される。一方、ロック用溝(26)に異なるカラー材料(14)充満されたとき、ファスナー(10)は、複数の作用に対して十分なクランプ、引張負荷及び破損抵抗性をもたらすので、ロック用溝(26)とクレスト(60)は、複数種類の作用に最適化される。
或いはまた、ロック用溝(26)のＧW及びクレスト(60)のＣ'Wの両方が、引張用のチタン系3Al-2.5V合金に最適化されている場合、ロック用溝(26)のＧWは、ロック用溝(26)がアルミニウム系2024T4合金に対して最適化されたときのロック用溝(26)の幅の１０％以下である。ロック用溝(26)とクレスト(60)は、同種類の作用に最適化されているので、ファスナー(10)のロック用溝(26)とクレスト(60)の構造の全体が最適化される。一方、ロック用溝(26)に異なるカラー材料(14)充満されたとき、ファスナー(10)は、複数の作用に対して十分なクランプ及び引張負荷並びに破損抵抗性をもたらすので、ロック用溝(26)及びクレスト(60)は、複数種類の作用に最適化される。
When the locking grooves (26), filled with color for tensile relatively high strength material such as titanium-based 3Al-2.5V alloy (14), the C 'W of the crests (60), failure resistance Optimized for each pin diameter so as to provide sexuality. Generally, most of the pin diameter of the pin member (12) is, G W of the lock grooves (26) is optimized for aluminum 2024 alloy for shearing, the C 'W of the crests (60), Optimized for titanium-based 3Al-2.5V alloy for tension. The locking groove (26) and crest (60) are optimized for different types of applications, so part of the structure of the locking groove (26) and crest (60) of the fastener (10) Only is optimized. On the other hand, when the locking groove (26) is filled with different collar material (14), the fastener (10) provides sufficient clamping, tensile load and breakage resistance for multiple actions, so the locking groove ( 26) and crest (60) are optimized for multiple types of action.
Alternatively, both C 'W of the G W and crests of lock grooves (26) (60), if it is optimized for titanium-based 3Al-2.5V alloy for tensile, locking grooves (26) G W is the locking groove (26) is 10% or less of the width of the locking groove when it is optimized for aluminum-based 2024T4 alloy (26). Since the locking groove (26) and the crest (60) are optimized for the same type of action, the entire structure of the locking groove (26) and crest (60) of the fastener (10) is optimized. . On the other hand, when the locking groove (26) is filled with different collar materials (14), the fastener (10) provides sufficient clamping and tensile load and breakage resistance for multiple actions, so the locking groove ( 26) and crest (60) are optimized for multiple types of action.
一般的には、本発明のクレスト(60)のＣ'Wは、締結システムに対して、具体的なピン直径の適用における引張荷重要件の１２０％以上の強度がもたらされるように最適化されている。本発明の望ましい実施例において、ピン部材(12)は、チタン系6Al-4V合金から作られており、ロック用溝(26)のＧWは、特定の作用に必要とされる最も長い溝幅であり、具体的なピン直径の適用において十分なクランプ及び引張負荷がもたらされる。クレスト(60)のＣ'Wは、ロック用溝(26)にチタン系3Al-2.5V合金が充満したとき、破損しないように最適化されており、ピン直径は、５/３２インチ乃至１/２インチの範囲である。 In general, C 'W of the crests of the present invention (60), to the fastening systems, more than 120% of the intensity of the tensile load requirements in the application of specific pin diameter is optimized to be brought Yes. In a preferred embodiment of the present invention, the pin member (12) is made from a titanium-based 6Al-4V alloy, G W of the lock grooves (26), the longest groove width required for a particular action Which provides sufficient clamping and tensile loading in specific pin diameter applications. C 'W of the crests (60), when the titanium-based 3Al-2.5V alloy is filled into the lock grooves (26) are optimized to prevent damage, the pin diameter, 5/32 inch to 1 / The range is 2 inches.
ロック用溝(26)及びクレスト(60)は各々が、ピン直径の異なる複数種類の作用の各々に最適化された後、ロック用溝(26)にスエージングするために、予め選択された材料及び計算された外径を有する適当なカラー(14)が選択され、締結システムの選択された作用に対して、十分なクランプ及び引張荷重がもたらされる。一般的に、アルミニウム系2024T4合金から作られたカラー(14)は剪断用に用いられ、ステンレス303SE合金又はチタン系3Al-2.5V合金から作られたカラー(14)は剪断/引張又は引張用に用いられる。
夫々の適用において、所定のクランプと引張荷重が得られるようにするため、カラー(14)の計算外径は試行錯誤によって修正され、ロック用溝(26)及びクレスト(60)の形状並びにスエージング用アンビル(56)ののど部(図１のＤａ)の直径は一定に維持される。材質が異なるカラー(14)の修正された外径は僅かな変化にとどまるので、当該カラーは、同一のアンビルキャビティを有するスエージング用アンビル(56)を用いて、剪断、剪断/引張、複合剪断、剪断/引張複合の作用を及ぼしてロック用溝(26)にスエージングされることができる。なお、引張及び複合引張用に適用する場合、同じ外径のカラー(14)はうまく機能することができなかった。それゆえ、引張及び複合引張用に適用する場合、外径がより大きなカラー(14)及び異なるスエージング用アンビルが用いられる。
The locking groove (26) and the crest (60) are pre-selected materials for swaging into the locking groove (26) after each is optimized for each of several types of action with different pin diameters. And an appropriate collar (14) having a calculated outer diameter is selected to provide sufficient clamping and tensile loading for the selected action of the fastening system. Generally, collars (14) made from aluminum-based 2024T4 alloy are used for shearing, collars (14) made from stainless 303SE alloy or titanium-based 3Al-2.5V alloy are used for shearing / tensioning or tensioning. Used.
In each application, the calculated outer diameter of the collar (14) has been modified by trial and error in order to obtain a given clamp and tensile load, and the shape and swaging of the locking groove (26) and crest (60). The diameter of the throat (Da in FIG. 1) of the
このように、スエージング用アンビル部(56)が同じであると、使用者にとって、特定のピン径に対する多くの適用において、共通の取付工具(48)を用いて、カラー(14)の締結を行なえる追加の利点がある。この特徴により、ファスナー(10)の使用者は、特定のピン直径に対して、剪断、剪断/引張、複合剪断及び剪断/複合引張の作用を及ぼすために、同じスエージング用アンビル部(56)を有する単一の工具だけを準備すればよいという利点がある。このように、特定のピン径に対して、他の作用を及ぼすために使用する工具のスエージング用アンビルの交換に要する時間を最少にすることができる。エンドユーザーの労力節減が重要であることは理解されるであろう。 Thus, if the swaging anvil part (56) is the same, the user can fasten the collar (14) using a common mounting tool (48) in many applications for a specific pin diameter. There are additional benefits that can be done. This feature allows the user of the fastener (10) to use the same swaging anvil (56) to effect shear, shear / tensile, composite shear and shear / combined tension on a specific pin diameter. There is an advantage that only a single tool having the need to be prepared. In this way, the time required to replace the swaging anvil of the tool used to exert other effects on a specific pin diameter can be minimized. It will be appreciated that end-user effort savings are important.
本発明の締結システムを設計するために表１に示す負荷条件は、商業用及び軍事用航空機分野で用いるために、剪断、剪断/引張及び引張の作用を及ぼす荷重要件範囲にあるボードにも有用である。それゆえ、本発明の締結システムは、商業用及び軍事用航空機用にも有用である。 The load conditions shown in Table 1 for designing the fastening system of the present invention are also useful for boards in the range of load requirements that exert shear, shear / tension and tension effects for use in the commercial and military aircraft fields. It is. Therefore, the fastening system of the present invention is also useful for commercial and military aircraft.
表１から容易にわかるように、剪断、剪断/引張又は引張への適用において、様々な引張荷重及びクランプ荷重が得られるように、各々のピン径に最適化されたロック用溝(26)及びクレスト(60)を、異なるカラー材料に利用することができる。適用種類が異なると、ロック用溝(26)の数の増減が必要になることは留意されるべきである。どの場合も、特定のピン直径に対するロック用溝(26)及びクレスト(60)の形状は一定である。また、プルタイプのスエージ型ファスナーの場合、破断用溝(40)は、適用された種類のスエージング荷重要件に基づいて、軸方向の引張力が異なる大きさで破断するように構成する必要がある。これに対して、スタンプ型ファスナーの場合、ファスナーには破断用溝が無いため、破断用溝の制約はない。また、後部が切断可能なピン又は工具に代えて、米国特許第５６０４９６８号に示されるように、ネジ付きの外部ドライブ及び／又は内部ドライブ用のネジ付きマンドレルを有する着脱可能なマンドレルを使用する適用例がある。本発明の望ましい実施例において、各々のピン直径に対して最適化されたロック用溝(26)は、チタン合金、スチール合金及びアルミニウム合金のように異なる適用例における様々な材料のカラー(14)を受け入れることができる。材質が異なるカラー(14)は、具体的なピン直径の最適化されたロック用溝(26)及びクレスト(60)に対して、様々なクランプ及び引張荷重をもたらすことは理解されるであろう。 As can easily be seen from Table 1, the locking grooves (26) optimized for each pin diameter and a different tension load and clamping load are obtained in shear, shear / tension or tension applications. Crest (60) can be utilized for different color materials. It should be noted that the number of locking grooves (26) needs to be increased or decreased for different application types. In any case, the shape of the locking groove (26) and the crest (60) for a specific pin diameter is constant. Also, in the case of pull-type swage fasteners, the breaking groove (40) should be configured to break with different axial tensile forces based on the type of swaging load requirements applied. is there. On the other hand, in the case of a stamp-type fastener, since the fastener does not have a breaking groove, there is no restriction on the breaking groove. Also, an application using a removable mandrel having a threaded external drive and / or a threaded mandrel for the internal drive, as shown in US Pat. No. 5,604,968, instead of a pin or tool that can be cut at the rear. There is an example. In a preferred embodiment of the invention, the locking groove (26) optimized for each pin diameter is a collar (14) of various materials in different applications such as titanium alloy, steel alloy and aluminum alloy. Can accept. It will be appreciated that different collars (14) provide various clamping and tensile loads for optimized locking grooves (26) and crests (60) with specific pin diameters. .
表１は、例えばアルミニウムの如き金属製のワークピース(18)(20)の締結に関するものである。なお、表１と同様な値を、複合材料から作られたワークピース(18)(20)にも適用できることは理解されるべきである。図１乃至図３において、金属製のワークピース(18)(20)を締結するためのカラー(14)は、筒状カラー(14)として示されているが、フランジ型カラーを、複合材料から作られたワークピースの締結に用いることができる。また、表１では、アルミニウム系2024T4合金、チタン系3Al-2.5V合金及びステンレス303SE合金から作られたカラーを示しているが、当該分野の専門家であれば、他のアルミニウム合金、他のチタン合金、他のスチール合金又はその他の金属合金又は材料は、同一形状のロック用溝(26)及びクレスト(60)を有するピン(12)と共にカラー(14)に用いられ、剪断、剪断/引張、引張又は他の作用を及ぼして、異なる引張荷重及びクランプ荷重をもたらすことは理解し得るであろう。
Table 1 relates to fastening of
以下の実施例は、剪断、剪断/引張、及び引張が作用する場合について、剪断強度と引張強度の大きさを示している。
＜実施例１＞
この実施例は、直径５/３２インチのピンについて、最小剪断強度(ksi)と最小引張強度(lbs.)の大きさを示している。
剪断の例では、ロック用溝の個数は５個で使用数５個；カラー材料はアルミニウム2024；最小剪断強度37ksi；最小引張強度1400ポンドである。
剪断/引張の例では、ロック用溝の個数は５個で使用数５個；カラー材料はチタン系3Al-2.5V；最小剪断強度58ksi；最小引張強度1700ポンドである。
引張の例では、ロック用溝の個数は６個で使用数６個；カラー材料はチタン系3Al-2.5V；最小剪断強度58ksi；最小引張強度2300ポンドである。
この実施例１から明らかなように、剪断が作用する場合と引張が作用する場合の剪断強度の比は約６４％であり、剪断が作用する場合と引張が作用する場合の引張強度の比は約６１％である。
The following examples show the magnitude of shear strength and tensile strength for shear, shear / tensile, and when tension is applied.
<Example 1>
This example shows the magnitude of minimum shear strength (ksi) and minimum tensile strength (lbs.) For a 5/32 inch diameter pin.
In the shearing example, the number of locking grooves is five and the number used is five; the color material is aluminum 2024; the minimum shear strength is 37 ksi; and the minimum tensile strength is 1400 pounds.
In the shear / tensile example, the number of locking grooves is 5 and the number used is 5; the color material is titanium-based 3Al-2.5V; the minimum shear strength is 58 ksi; the minimum tensile strength is 1700 pounds.
In the tensile example, the number of locking grooves is 6 and the number used is 6; the color material is titanium-based 3Al-2.5V; the minimum shear strength is 58 ksi; the minimum tensile strength is 2300 pounds.
As is clear from Example 1, the ratio of the shear strength when the shearing action is applied to the tensile action is about 64%, and the ratio of the tensile strength when the shearing action is applied to the tensile action is as follows. About 61%.
＜実施例２＞
この実施例は、直径７/１６インチのピンについて、最小剪断強度(ksi)と最小引張強度(lbs.)の大きさを示している。
剪断の例では、ロック用溝の個数は５個で使用数５個；カラー材料はアルミニウム2024；最小剪断強度37ksi；最小引張強度9500ポンドである。
剪断/引張の例では、ロック用溝の個数は５個で使用数５個；カラー材料はチタン系3Al-2.5V；最小剪断強度58ksi；最小引張強度13100ポンドである。
引張の例では、ロック用溝の個数は６個で使用数６個；カラー材料はチタン系3Al-2.5V；最小剪断強度58ksi；最小引張強度19000ポンドである。
この実施例２から明らかなように、剪断が作用する場合と引張が作用する場合の剪断強度の比は約６４％であり、剪断が作用する場合と引張が作用する場合の引張強度の比は、約５０％である。
<Example 2>
This example shows the magnitude of minimum shear strength (ksi) and minimum tensile strength (lbs.) For a 7/16 inch diameter pin.
In the shearing example, the number of locking grooves is 5 and the number used is 5; the color material is aluminum 2024; minimum shear strength 37 ksi; minimum tensile strength 9500 pounds.
In the shear / tensile example, the number of locking grooves is 5 and the number used is 5; the color material is titanium-based 3Al-2.5V; the minimum shear strength is 58 ksi; the minimum tensile strength is 13100 pounds.
In the tensile example, the number of locking grooves is 6 and the number used is 6; the color material is titanium-based 3Al-2.5V; the minimum shear strength is 58 ksi; the minimum tensile strength is 19000 pounds.
As is clear from this Example 2, the ratio of the shear strength when the shear is applied to the case where the tensile is applied is about 64%, and the ratio of the tensile strength when the shear is applied and when the tensile is applied is About 50%.
図５に示されるように、本発明のファスナーは、次の関係によって規定される。
Ｐは、ＧW＋ＣWに等しい。
ＲRはＧWに等しい。
Ｃhは４Ｉに等しい。
ＢRは、直径５/３２〜１/２インチのピンの場合、０.００５インチである。
本発明のファスナーは、さらに次の関係によって規定される。
直径３/８インチ、７/１６インチ及び１/２インチのピン部材の場合、Ｃhは、ＤS×０.０３１２５である。
直径５/３２インチ、３/１６インチ、７/３２インチ、１/４インチ及び５/１６インチの場合、Ｃhは、(ＤS×０.０３１２５)＋０.００２である。
上記関係において、各々のアルファベット文字は、次の意味を表す。
Ｐ＝ピッチ
ＧW＝ロック用溝(26)の幅
ＣW＝クレスト(60)の幅
Ｉ＝谷底の水平接線と、基部(62)及び立下り部(66)の交点を通る水平線との間の距離
ＤS＝ストレート部
ＢR＝交点半径
As shown in FIG. 5, the fastener of the present invention is defined by the following relationship.
P is equal to G W + C W.
R R is equal to the G W.
C h is equal to 4I.
B R, when the pin diameter 5 / 32-1 / 2 inches, 0.005 inches.
The fastener of the present invention is further defined by the following relationship.
For 3/8 inch diameter, 7/16-inch and 1/2 inch of the pin member, C h is a D S × 0.03125.
Diameter 5/32 inch, 3/16-inch, 7/32-inch in the case of 1/4-inch and 5/16 inch, C h is a (D S × 0.03125) +0.002.
In the above relationship, each alphabetic character represents the following meaning.
P = Pitch G W = Width of locking groove (26) C W = Width of crest (60) I = Between horizontal tangent of valley bottom and horizontal line passing through intersection of base (62) and falling part (66) Distance D S = straight section B R = intersection radius
本発明の一形態において、立上り部(64)は、ピン(12)の軸と横方向の平面に対して４０度であり、一方、立下り部(66)はこれより急角度で２０度である。立上り部(64)の角度が緩やかなのは、カラー(14)の材料の一部が流れ易くするためであるのに対し、立下り部(66)の角度が急なのは、扶壁部(buttress)となってカラー(14)材料を収容できるようにするためである。この扶壁効果によって、カラー(14)はスエージングによって伸びるので、ワークピース(18)(20)の締結が円滑に行われる。移行部(64)(66)は丸い基部(62)と交わって、滑らかに移行するように形成される。 In one form of the invention, the rising portion (64) is 40 degrees relative to the axis of the pin (12) and the horizontal plane, while the falling portion (66) is steeper than this by 20 degrees. is there. The reason why the angle of the rising part (64) is gentle is to make part of the material of the collar (14) easy to flow, whereas the angle of the falling part (66) is steep and that of buttress. In order to accommodate the collar (14) material. The collar (14) is extended by swaging due to the wall effect, so that the workpieces (18) and (20) can be fastened. The transition parts (64) and (66) intersect with the round base part (62) and are formed so as to transition smoothly.
ロック用溝(26)がこの構造の場合、カラー(14)の容積は、ロック用溝(26)にスエージングされたときに、ロック用溝(26)を充満又は充填するのに必要な量よりも多くなるようにすることが望ましい。一実施例において、カラー(14)の容積は、過充満(overfill)又は過充填(overpacking)となるように選択される。即ち、カラー(14)材料をロック用溝(26)に充満させるために、カラー(14)の容積は、アンビル(56)ののど部(36)とそれに対向するピン(12)の部分によって形成されるスエージング用エンベロープ(図１参照)に収容される量よりも実質的に多くなるようにする。本発明のシステムでは、使用する種々のカラー(14)材料に対して、少なくとも約１７％〜約２５％多くなるようにすることが望ましいことがわかった。「過充満」又は「過充填」の割合は、一般的には、のど部(36)(図１参照)の有効スエージング部の有限長(finite length)に応じて決められ、その関係式は次のとおりである。 When the locking groove (26) has this structure, the volume of the collar (14) is the amount required to fill or fill the locking groove (26) when swaged into the locking groove (26). It is desirable to make it more. In one embodiment, the volume of the collar (14) is selected to be overfill or overpacking. That is, in order to fill the collar (14) material into the locking groove (26), the volume of the collar (14) is formed by the throat portion (36) of the anvil (56) and the portion of the pin (12) facing it. The amount is larger than the amount accommodated in the swaging envelope (see FIG. 1). It has been found that it is desirable in the system of the present invention to be at least about 17% to about 25% higher for the various collar (14) materials used. The ratio of “overfill” or “overfill” is generally determined according to the finite length of the effective swaging part of the throat (36) (see FIG. 1), and the relational expression is It is as follows.
Ｄaはアンビル(56)ののど部(36)の直径である。
Ｄcはカラー(14)のスエージング前の外径である。
ＩＤはカラー(14)のスエージング前の内径である。
Ｄmはロック用溝(26)の平均直径である。
ｄｌはのど部(36)のスエージング部の中の有限長であるとみなされる。
Da is the diameter of the throat (36) of the anvil (56).
Dc is the outer diameter of the collar (14) before swaging.
ID is the inner diameter of the collar (14) before swaging.
Dm is the average diameter of the locking groove (26).
dl is considered to be a finite length in the swaging part of the throat (36).
また、ピン部材(12)は、異なるカラー材料の高圧縮スエージング負荷によって破損又は降伏しないように、カラー(14)の硬度に対して十分な硬さを有することが望ましい。望ましい実施例において、ピン部材(12)とカラー(14)は、表２に記載の材料特性を有するとき、本発明の締結システムの条件を充足できることがわかった。 Further, it is desirable that the pin member (12) has sufficient hardness with respect to the hardness of the collar (14) so as not to be broken or yielded by a high compression swaging load of different color materials. In a preferred embodiment, it has been found that the pin member (12) and collar (14) can meet the conditions of the fastening system of the present invention when having the material properties listed in Table 2.
一般的に、本発明では、ピン部材(12)とカラー(14)を利用して、所望のクランプ強度及びピン降伏強さを有する締結システムを提供することが好ましく、ピン部材(12)が、所望の高い引張予荷重及びカラー(14)へのスエージング負荷に対して、降伏を生ずることなく耐え得るように、ピン部材(12)は十分な硬度を有することが望ましい。この高クランプ負荷を実現するために、カラー材料が確実に軸方向へ移動して伸長するように、カラー(14)の肉厚は十分な厚さ及び容積にせねばならない。同時に、スエージングされたカラーについても、ロック用溝(26)からスプリングバックしない強度にするために、十分な肉厚を有することが望ましい。また、接合されたジョイントの引張荷重が設計荷重に達したとき、クレスト(60)とカラーの肩部との実質的に完全な係合状態が維持されるように、カラーの肉厚は、引張負荷によって径方向に拡大しないような十分な厚さを有していなければならない。カラーの壁部が径方向に十分な剛性を具えていない場合、引張荷重によって径方向に拡がって、荷重を支える有効剪断平面が減少する。その結果、クレスト(60)の先端又はカラー(14)の肩部は早期の剪断破損を招来する。このため、カラー(14)の肉厚は、直径ＤCの関数として厚くせねばならない。このように、スエージング後の最終肉厚は、剪断がカラー(14)の最大有効剪断面で行われるように、少なくとも設計引張荷重に耐え得る十分な厚さであらねばならない。一方、カラーの肉厚が厚すぎると、スエージングが妨げられ、必要な締結荷重の増大を招く。 Generally, in the present invention, it is preferable to use a pin member (12) and a collar (14) to provide a fastening system having a desired clamping strength and pin yield strength, the pin member (12) being It is desirable that the pin member (12) has sufficient hardness so that it can withstand the desired high tensile preload and swaging load on the collar (14) without yielding. In order to achieve this high clamping load, the collar (14) must be of sufficient thickness and volume to ensure that the collar material moves axially and stretches. At the same time, it is desirable that the swaged collar has a sufficient thickness so that the collar does not spring back from the locking groove (26). Also, the collar wall thickness is adjusted so that when the tensile load of the joined joint reaches the design load, a substantially complete engagement between the crest (60) and the shoulder of the collar is maintained. It must have sufficient thickness so that it does not expand in the radial direction due to the load. When the collar wall portion does not have sufficient rigidity in the radial direction, it expands in the radial direction due to the tensile load, and the effective shear plane that supports the load decreases. As a result, the tip of the crest (60) or the shoulder of the collar (14) will cause premature shear failure. For this reason, the thickness of the collar (14) must be increased as a function of the diameter D C. Thus, the final wall thickness after swaging must be sufficient to withstand at least the design tensile load so that shearing occurs at the maximum effective shear surface of the collar (14). On the other hand, if the collar is too thick, swaging is hindered and the required fastening load increases.
このように、カラーの肉厚の選択は、スエージングにおけるロック用溝(26)への材料移動が促進されて、材料が伸長して流れ、ピン部材(12)に所定のクランプ負荷がもたらされれるように行われる。同時に、スエージング最終段階におけるカラーの肉厚の選択についても、スエージングの開始からその後の引張荷重を受ける間、ロック用溝(26)から径方向にスプリングバックしないように、十分な径方向の剛性又はフープ強度を有するように行われる。また、カラー(14)とスエージング用キャビティ(36)の容積の選択についても、カラー(14)のロック用溝(26)への材料充満が確実に行われるように行われる。本発明において、ロック用溝(26)へ約１７％〜２５％過剰に充填されることにより、満足すべき結果の得られることがわかった。過充填が１７％より少ないと、所望の高い予荷重がもたらされず、過充填が２５％を越えると、ピン部材を降伏させるのに必要な荷重が大きくなる。 Thus, the selection of the collar thickness facilitates material movement to the locking groove (26) in swaging, the material stretches and flows, and the pin member (12) has a predetermined clamping load. Done to be done. At the same time, when selecting the collar thickness at the final stage of swaging, it is necessary to ensure that the collar is sufficiently radial so that it does not spring back radially from the locking groove (26) during the subsequent tensile load from the start of swaging. It is performed to have rigidity or hoop strength. Further, the volume of the collar (14) and the swaging cavity (36) is also selected so that the material in the locking groove (26) of the collar (14) is surely filled. In the present invention, it has been found that satisfactory results can be obtained by filling the locking groove (26) by about 17% to 25% in excess. If the overfill is less than 17%, the desired high preload does not result, and if the overfill exceeds 25%, the load required to yield the pin member increases.
図１乃至図３の実施例は、プル型ファスナーを示しているが、本発明の特徴は、図６に示されるスタンプ型ファスナーにも適用することができる。図６の実施例の説明において、図１乃至図３と同様な構成要素については、同じ符号に「ｂ」の添え字を付している。図１乃至図３のプル部を除いて、図１乃至図３の実施例に示すファスナー(10)の他の要素を図６の実施例に示しているが、当該分野の専門家であれば、図６のファスナー(10b)は図１乃至図３のファスナー(10)とその構造と作用は同様であることを理解し得るので、図６は簡素化して示している。 Although the embodiment of FIGS. 1 to 3 shows a pull-type fastener, the features of the present invention can also be applied to the stamp-type fastener shown in FIG. In the description of the embodiment in FIG. 6, the same reference numerals are attached to the same components as those in FIGS. 1 to 3. Except for the pull portion of FIGS. 1 to 3, other elements of the fastener 10 shown in the embodiment of FIGS. 1 to 3 are shown in the embodiment of FIG. Since the fastener (10b) in FIG. 6 can be understood to have the same structure and operation as the fastener (10) in FIGS. 1 to 3, FIG. 6 is shown in a simplified manner.
図６を参照すると、図示のファスナー(10b)は、ピン部材(12b)と筒状カラー(14b)を含んでいる。ピン部材(12b)は、細長いシャンク(15b)を有しており、該シャンクは、一対のワークピース(18b)(20b)を締結するために、ワークピースの夫々の孔(16b)(17b)の中を延びている。シャンク(15b)の一方の端部の拡大ヘッド部(22b)は、ワークピース(18b)の一方の面に当接する。シャンク(15b)には、ヘッド部(22b)に隣接してストレート部(24b)があり、該ストレート部は、孔(16b)(17b)の中に軽いすきま嵌め又はしまり嵌めにて収容される。ストレート部(24b)に続いて、周方向に延びる複数の環状ロック溝(26b)がある。ロック用溝(26b)と真直なシャンク部(24b)とは、移行部(28b)によって滑らかに繋がっている。 Referring to FIG. 6, the illustrated fastener (10b) includes a pin member (12b) and a cylindrical collar (14b). The pin member (12b) has an elongated shank (15b), which is used to fasten a pair of workpieces (18b) (20b), respectively, in the respective holes (16b) (17b) of the workpiece. It extends in. The enlarged head portion (22b) at one end of the shank (15b) abuts on one surface of the workpiece (18b). The shank (15b) has a straight portion (24b) adjacent to the head portion (22b), and the straight portion is accommodated in the hole (16b) (17b) by a light clearance fit or a tight fit. . Following the straight portion (24b), there are a plurality of annular lock grooves (26b) extending in the circumferential direction. The locking groove (26b) and the straight shank portion (24b) are smoothly connected by the transition portion (28b).
ファスナー(10b)は、スクイーズ式工具組立体(48b)を使用可能な構造である。工具組立体(48b)は、一般的には、当該分野で既知の方法で作られるので、簡素化のために、一部分だけを示している。簡単に説明すると、工具(48b)は、一方の端部がスエージング用アンビル部(56)で終端するアンビルハウジング(54b)と、バッキング部材(49)を含んでいる。 The fastener (10b) has a structure that can use the squeeze type tool assembly (48b). Since the tool assembly (48b) is generally made by methods known in the art, only a portion is shown for simplicity. Briefly, the tool (48b) includes an anvil housing (54b) whose one end portion terminates at a swaging anvil portion (56), and a backing member (49).
対称形状の筒状カラー(14b)は、ピンシャンク(15)を覆うことができるようになっており、ワークピース(18)(20)が移動すると、ロック用溝(26)の一部と径方向の位置が整えられる。工具(48b)を用いて、アンビル部(56b)がカラー(14b)に当接して移動する。工具(48b)から加えられた軸方向の力はバッキング部材(49)で妨げられるので、押圧力が発生し、これによってワークピース(18b)(20b)は共に押しつけられる。この相対的な力が増すと、アンビル部(56b)がカラー(14b)の上を移動し、カラー(14b)は、ピン(12b)のロック用溝(26b)の中へスエージングされる。 ここで、工具(48)の使用を続けると、アンビル部(56b)はスエージングされたカラー(14b)から取り除かれる。 The symmetrical cylindrical collar (14b) can cover the pin shank (15), and when the workpieces (18) (20) move, it is part of the locking groove (26) and the diameter. The position of the direction is adjusted. Using the tool (48b), the anvil part (56b) moves in contact with the collar (14b). Since the axial force applied from the tool (48b) is blocked by the backing member (49), a pressing force is generated, thereby pressing the workpieces (18b) and (20b) together. As this relative force increases, the anvil portion (56b) moves over the collar (14b) and the collar (14b) is swageed into the locking groove (26b) of the pin (12b). If the tool (48) is continuously used, the anvil part (56b) is removed from the swaged collar (14b).
図６のスタンプ型ファスナーの場合も同様、アンビル部(56b)によって、カラー(14b)はロック用溝(26b)へ過充填されるので、締結ジョイントのピン(12b)の降伏位置に、所望の高保持力を有する予荷重がもたらされる。図６では、図示のカラー(14b)は、金属製のワークピース(18b)(20b)を締結するための筒状カラーであるが、複合材料製のワークピースを締結するためにフランジ型カラーを用いることもできる。 Similarly, in the case of the stamp-type fastener of FIG. 6, the collar (14b) is overfilled into the locking groove (26b) by the anvil part (56b), so that the desired position at the yield position of the pin (12b) of the fastening joint A preload with a high holding force is provided. In FIG. 6, the illustrated collar (14b) is a cylindrical collar for fastening the metal workpieces (18b) and (20b), but a flange-type collar is used for fastening the composite workpiece. It can also be used.
Claims (37)
(ａ) ワークピースの整合された孔の中に収容可能に配備され、予め選択された直径の細長いシャンクを有すると共に、一方の端部が拡大されたヘッド部で終端し、他方の端部が、周方向に延びる複数のロック用溝及びクレストを有する溝部で終端するピン部材と、
(ｂ) ロック用溝の中にスエージングされることにより、ワークピースが締結されて締結ジョイントを形成するための筒状カラーと、を具えており、
前記カラーの溝部と肩部は、スエージングによって、ロック用溝及びクレストと相互連結するようになし、ピン部材とカラーは、剪断強度が異なる材料から形成され、ピン部材とカラーの剪断強度の比を、ピン部材がスエージング中に破損しないように構成し、
(ｃ) ピン部材は、異なる負荷条件で異なる作用を受けてワークピースを締結するために、材質が異なる複数種類のカラーがスエージングされて該カラーの材料が収容されるように最適化された形状のロック用溝とクレストを有しており、ロック用溝は、第１の作用を及ぼす低強度カラー又は第２の作用を及ぼす高強度カラーには、幅を最大とし、クレストは、第２の作用を及ぼす高強度カラーには、幅を最大とし、締結システムは、異なるカラーの材料がロック用溝に充満しても、複数の作用に対して十分なクランプ、引張荷重及び破損抵抗性をもたらすことができるようにしており、
(ｄ) １又は複数のピン部材が共通の直径をもつ場合、ピン部材のロック用溝とクレストは、同じ構造で、複数の作用を受けることが可能であり、
(ｅ) 第２の作用を受ける場合のロック用溝の幅は、第１の作用を受ける場合のロック用溝の幅の１０％以下である、締結システム。 In a fastening system including a swage-type fastener and fastening a plurality of workpieces to form a fastening joint, the fastening system includes:
(a) is deployed removably in the aligned bore of the workpiece, has an elongated shank of a preselected diameter, and terminates at one end with an enlarged head, and the other end A pin member terminating in a groove portion having a plurality of locking grooves and crests extending in the circumferential direction;
(b) a tubular collar for fastening the workpiece to form a fastening joint by swaging into the locking groove;
The collar groove and shoulder are interconnected with the locking groove and crest by swaging, and the pin member and the collar are formed of materials having different shear strength, and the ratio of the shear strength between the pin member and the collar. Is configured so that the pin member does not break during swaging,
(c) The pin member is optimized so that a plurality of types of different colors can be swaged to accommodate the material of the collar in order to fasten the workpiece under different actions under different load conditions. A locking groove and a crest having a shape, the locking groove having a maximum width for a low-strength collar having a first action or a high-strength collar having a second action; For high-strength collars that have the same effect, the width should be maximized, and the fastening system should provide sufficient clamping, tensile load and damage resistance to multiple actions even when different collar materials fill the locking groove. To be able to bring
(d) When one or more pin members have a common diameter, the locking groove and the crest of the pin member can be subjected to a plurality of actions with the same structure
(e) The fastening system in which the width of the locking groove when receiving the second action is 10% or less of the width of the locking groove when receiving the first action.
(ａ) ワークピースの整合された孔の中に収容可能に配備され、予め選択された直径の細長いシャンクを有すると共に、一方の端部が拡大されたヘッド部で終端し、他方の端部が、周方向に延びる複数のロック用溝及びクレストを有する溝部で終端するピン部材と、
(ｂ) ロック用溝の中にスエージングされることにより、ワークピースが締結されて締結ジョイントを形成するための筒状カラーと、を具えており、
前記カラーの溝部と肩部は、スエージングによって、ロック用溝及びクレストと相互連結するようになし、ピン部材とカラーは、剪断強度が異なる材料から形成され、ピン部材とカラーの剪断強度の比を、ピン部材がスエージング中に破損しないように構成し、
(ｃ) ピン部材は、異なる負荷条件で異なる作用を受けてワークピースを締結するために、材質が異なる複数種類のカラーがスエージングされて該カラーの材料が収容されるように最適化された形状のロック用溝とクレストを有しており、ロック用溝は、第１の作用を及ぼす低強度カラー又は第２の作用を及ぼす高強度カラーには、幅を最大とし、クレストは、第２の作用を及ぼす高強度カラーには、幅を最大とし、締結システムは、異なるカラーの材料がロック用溝に充満しても、複数の作用に対して十分なクランプ、引張荷重及び破損抵抗性をもたらすことができるようにしており、
(ｄ) １又は複数のピン部材が共通の直径をもつ場合、ピン部材のロック用溝とクレストは、同じ構造で、複数の作用を受けることが可能である、締結システム。 In a fastening system including a swage-type fastener and fastening a plurality of workpieces to form a fastening joint, the fastening system includes:
(a) is deployed removably in the aligned bore of the workpiece, has an elongated shank of a preselected diameter, and terminates at one end with an enlarged head, and the other end A pin member terminating in a groove portion having a plurality of locking grooves and crests extending in the circumferential direction;
(b) a tubular collar for fastening the workpiece to form a fastening joint by swaging into the locking groove;
The collar groove and shoulder are interconnected with the locking groove and crest by swaging, and the pin member and the collar are formed of materials having different shear strength, and the ratio of the shear strength between the pin member and the collar. Is configured so that the pin member does not break during swaging,
(c) The pin member is optimized so that a plurality of types of different colors can be swaged to accommodate the material of the collar in order to fasten the workpiece under different actions under different load conditions. A locking groove and a crest having a shape, the locking groove having a maximum width for a low-strength collar having a first action or a high-strength collar having a second action; For high-strength collars that have the same effect, the width should be maximized, and the fastening system should provide sufficient clamping, tensile load and damage resistance to multiple actions even when different collar materials fill the locking groove. To be able to bring
(d) A fastening system in which when one or more pin members have a common diameter, the locking groove and the crest of the pin member can be subjected to a plurality of actions with the same structure.
(ａ) ワークピースの整合された孔の中に収容可能に配備され、予め選択された直径の細長いシャンクを有すると共に、一方の端部が拡大されたヘッド部で終端し、他方の端部が、周方向に延びる複数のロック用溝及びクレストを有する溝部で終端するピン部材と、
(ｂ) ロック用溝の中にスエージングされることにより、ワークピースが締結されて締結ジョイントを形成するための筒状カラーと、を具えており、
前記カラーの溝部と肩部は、スエージングによって、ロック用溝及びクレストと相互連結するようになし、ピン部材とカラーは、剪断強度が異なる材料から形成され、ピン部材とカラーの剪断強度の比を、ピン部材がスエージング中に破損しないように構成し、
(ｃ) ピン部材は、異なる負荷条件で異なる作用を受けてワークピースを締結するために、材質が異なる複数種類のカラーがスエージングされて該カラーの材料が収容されるように最適化された形状のロック用溝とクレストを有しており、ロック用溝は、第１の作用を及ぼす低強度カラーには、幅を最大とし、クレストは、第２の作用を及ぼす高強度カラーには、幅を最大とし、締結システムは、異なるカラーの材料がロック用溝に充満しても、複数の作用に対して十分なクランプ、引張荷重及び破損抵抗性をもたらすことができるようにしており、
(ｄ) １又は複数のピン部材が共通の直径をもつ場合、ピン部材のロック用溝とクレストは、同じ構造で、複数の作用を受けることが可能である、締結システム。 In a fastening system including a swage-type fastener and fastening a plurality of workpieces to form a fastening joint, the fastening system includes:
(a) is deployed removably in the aligned bore of the workpiece, has an elongated shank of a preselected diameter, and terminates at one end with an enlarged head, and the other end A pin member terminating in a groove portion having a plurality of locking grooves and crests extending in the circumferential direction;
(b) a tubular collar for fastening the workpiece to form a fastening joint by swaging into the locking groove;
The collar groove and shoulder are interconnected with the locking groove and crest by swaging, and the pin member and the collar are formed of materials having different shear strength, and the ratio of the shear strength between the pin member and the collar. Is configured so that the pin member does not break during swaging,
(c) The pin member is optimized so that a plurality of types of different colors can be swaged to accommodate the material of the collar in order to fasten the workpiece under different actions under different load conditions. It has a locking groove and a crest in the shape, the locking groove has a maximum width for the low-strength collar that has the first action, and the crest has a high-strength collar that has the second action. The width is maximized and the fastening system ensures that even when different colored materials fill the locking groove, it can provide sufficient clamping, tensile load and failure resistance for multiple actions,
(d) A fastening system in which when one or more pin members have a common diameter, the locking groove and the crest of the pin member can be subjected to a plurality of actions with the same structure.
(ａ) 複数の異なる作用が及ぼす場合についてクランプと引張荷重の条件を取得し、
(ｂ) 予め選択されたピン直径を有するピン部材に、細長いピンシャンクと、拡大されたヘッド部を形成し、
(ｃ) ピン部材に、周方向に延びる複数のロック用溝を有する溝部と、共通の形状を有するクレストを形成し、
(ｄ) 筒状カラーを、前記ロック用溝及びクレストを取り囲むように配備し、
(ｅ) 共通のロック用溝は、低強度カラーによる第１の作用を受ける場合又は高強度カラーによる第２の作用を受ける場合に、ロック用溝の幅が最大となるように形状を最適化し、
(ｆ) クレストは、高強度カラーによる第２の作用を受ける場合に、クレストの幅が最大となるように形状を最適化し、
(ｇ) 共通の直径をもつ１又は２以上のピン部材に最適化されたロック用溝とクレストの形状を、複数の作用を受ける場合に合わせて標準化し、
(ｈ) 第２の作用を受けるロック用溝の幅を、第１の作用を受けるロック用溝の幅の１０％以下の長さにする、
ことを含んでいる方法。 A method for producing a swage-type fastener for use in a fastening system,
(a) Acquire clamp and tensile load conditions for multiple different actions.
(b) forming an elongated pin shank and an enlarged head on a pin member having a preselected pin diameter;
(c) forming a groove portion having a plurality of locking grooves extending in the circumferential direction and a crest having a common shape on the pin member;
(d) A cylindrical collar is provided so as to surround the locking groove and the crest,
(e) The shape of the common locking groove is optimized so that the width of the locking groove is maximized when receiving the first action by the low-strength collar or the second action by the high-strength collar. ,
(f) When the crest is subjected to the second action by the high-intensity color, the shape is optimized so that the width of the crest is maximized,
(g) Standardize the shape of the locking groove and crest optimized for one or more pin members with a common diameter according to multiple actions;
(h) The width of the lock groove receiving the second action is set to a length of 10% or less of the width of the lock groove receiving the first action.
Methods that include that.
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